[发明专利]一种降水现象仪雨滴粒径粒速模拟检测装置

说明书

本发明涉及一种降水现象仪雨滴粒径粒速模拟检测装置，包括：液体流速流量控制器，用于调节输出水量的总体积和水流速度；雨滴粒径模拟器，与所述液体流速流量控制器的水流出口连接，用于滴落不同粒径的水珠；被测降水现象仪，设置在所述雨滴粒径模拟器的下方，用于对雨滴进行采样；可调升降台，与所述液体流速流量控制器连接，用于调整雨滴下落的高度；光电计数器，用于记录雨滴数量；雨滴图像记录器，用于记录雨滴照片，并实时提取雨滴的外形轮廓；数据采集和处理计算机，用于读取雨滴总数和降水总量，并计算雨滴体积等效粒径、雨滴穿越被测设备采样区中心点处的瞬时速度。本发明中的上述装置可以提高检测精度。

技术领域

本发明涉及气象探测设备计量检测领域，特别是涉及一种降水现象仪雨滴粒径粒速模拟检测装置。

背景技术

雨滴谱式降水现象仪基本工作原理是发射端产生一束平行光束，接收端带有透镜和光电二极管，将接收到的光信号转换为电信号。当降水粒子穿越采样空间时将造成接收到的光信号强度减弱，粒子直径与光信号衰减的幅度相关，粒子速度与光信号衰减持续时间相关。降水类天气现象仪通过光信号衰减幅度和持续时间按特定的处理算法计算降水粒子的速度和粒径，滤除因浮尘、树叶、羽毛等非降水粒子形成的干扰信号后，判断降水粒子种类，实现降水类天气现象的自动识别。

窦葆璋等人在《雨滴的观测和计算方法》(水土保持通报，1982-1)提出使用玻璃管、棉花球、不同粗细的棉线来形成不同粒径大小水滴的人工模拟方法。先用棉花将玻璃管一端塞住，并用塑料薄膜将塞有棉花的一端从外面扎住(若玻璃管较细可不用塑料薄膜扎)。再将不同粗细的棉线穿过棉花从底端薄膜上的小孔引出，将玻璃管注水后倒立放置。这时，通过不同粗细的棉线可滴出不同粒径的水滴。然后，用称量瓶收集各玻璃管滴出的水滴，并用手执计数器计数。最后，将收集的水滴样品置于天平称重，并根据球体公式和水的密度计算出水滴直径。

专利《一种激光降水现象观测仪的测试装置》(专利号：ZL201520135846.6)所述装置在一个可控转速的透明原盘上，贴有多个不同直径的圆形不透光模拟贴片用于仿真降水粒子的遮光作用；将所述透明原盘置于激光降水现象观测仪的测试区域中旋转，使得所述模拟贴片达到一定的线速度，由此来起到模拟降水粒子不同粒径和粒速的效果。

上述雨滴模拟方法在以下方面需要改进：

1.使用玻璃管、棉花球、不同粗细的棉线来形成不同粒径大小的水滴时，各类器材的使用状态和操作过程的随机性较大，不易精细化定量控制，水滴粒径粒速调节困难，也难以自动化运行。

2.转盘式装置模拟的雨滴与自然状态下的雨滴物理特性不一致。

自然状态下雨滴是三维立体形状，转盘上的模拟贴片近似于二维平面形状，二者光学特征差别较大。相同粒径时，模拟贴片和雨滴对平行光束光强信号的衰减程度差别并不一致。这种现象将增加被测设备雨滴粒径和粒速测量误差。

郭学尧等人在《模拟降雨条件下石灰岩区土壤水土流失的研究》一文中说明，观测记录表明天然降雨中，粒径一般在0.76mm-5.93mm之间，收尾速度一般在1.58-9.44m/s之间。因转盘直径较小，模拟较大雨滴的粒速时，转速一般超过300转/分钟，单位时间内穿越被测设备采样区的粒子数量远高于自然状态，有可能造成被测设备无法及时响应，人为增大检测误差。

以中环天仪(天津)气象仪器有限公司生产的DSG3型降水现象仪为例，检测中发现，部分转盘式装置可造成被测设备粒径粒速示值出现明显波动。

可见，转盘式装置无法准确模拟雨滴的体积等效粒径。

3.转盘式装置无法检测模拟雨滴穿越被测设备采样区不同位置时的误差。

国家标准《GB/T 21649.2-2017粒度分析图像分析法第2部分：动态图像分析法》在章节“5.3校准和溯源”指出，建议用标准物质对整个系统进行校准，建议用3种不同粒径值，即对分别接近测量上限、中间位置和测量下限的颗粒进行测量。校准程序应包括视场均匀性检测。